CN200953374Y - 一种锌空气电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种锌空气电池，包括一空气电极，一电池壳体，其特征在于：所述空气电极具有与电池壳体内壁相接触的突出部分，空气电极与电池壳体之间的空隙形成空气流道，空气电极为多个单元组成的波浪形，其中，单元波浪的截面为矩形，梯形，半圆形，椭圆形中的一种或者几种，采用波浪状结构的空气电极，增大了催化反应面积，方便大电流放电。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及锌空气电池领域，尤其是一种外氧式锌空气电池。
【背景技术】
锌空气电池以其原材料便宜易得、放电电压平稳、重量比能量和体积比能量都很高、以及环保等众多优点，被广泛应用于各种便携式移动电源。
锌空气电池的工作原理是利用空气中的氧气做为正极活性物质，与电池中的锌粉作为还原剂构成氧化还原电对，通过氧在正极上催化还原和锌在负极上氧化释放电能。
锌空气电池的反应原理如下：
锌空气电池的正极反应发生由空气、电解液与催化层构成的气、水、固三相界面上，所以要求空气电极周围的空气可以均匀分布以保证电池反应的稳定性，同时尽量大的提高反应界面的面积以保证电池的大电流供电。
一般的锌空气电池，将空气电极与电池外壳紧密接触，空气通过电池的外壳进入电池内部接触空气电极并反应，但是由于通气孔与电极贴得比较紧，不但使得空气电极上的反应不均匀，而且出现电解液容易从通气孔渗漏出来。
专利CN2303390Y采用了一种带有空气电极与电池外壳之间有间隙的锌空气电池，解决了空气电极上的反应均匀的问题，但是由于空气电极与电池外壳之间有间隙，所以需要在空气电极外部孔壁上设置金属弹片，金属弹片与空气电极筒柱外壁泡沫镍接触实现正极集流作用。但这种电池需要加设金属弹片导电，不但制作工艺复杂，而且电池的内壳和外壳之间，靠金属弹片无法固定。而且电池在使用过程中的震动使金属弹片的位置容易发生改变，从而导致导电性的不稳定。
随着反应的进行，在空气中的氧气进入电池的同时，空气中的二氧化碳也进入电池，溶于电解液中，使得碱性电解液碳酸化，导致电解液的导电性能下降，电池的内阻增大，同时碳酸盐在正极上的析出使正极的性能下降，不仅影响了电池的放电性能，而且使电池的使用寿命受到很大的影响。
【发明内容】
本实用新型提供一种制作工艺简单，电池导电性能稳定，适合大电流放电且电池导电性较好的锌空气电池。
一种锌空气电池，包括一空气电极(2)，一电池壳体(1)，空气电极(2)具有与电池壳体(1)内壁相接触的突出部分，空气电极与电池壳体之间的空隙形成空气流道(10)。空气电极(2)具有两个以上的突出部分。优选地，空气电极(2)与电池壳体(1)内壁之间的空气流道(10)为等距离分布。
空气电极(2)与电池壳体(1)内壁之间的接触面积为电池壳体(1)面积的5％-50％。
空气电极的形状优选为对称的几何形。
空气电极(2)为多个单元组成的波浪形，其中，单元波浪的截面为矩形，梯形，半圆形，椭圆形中的一种或者几种。
空气电极(2)由内到外依次包括催化层(21)、集流网(22)、防水透气层(23)。优选地，催化层(21)内还有一层防水透气层(23)。
锌空气电池还包括二氧化碳吸附层(12)，位于空气电极(2)外部或者电池壳体(1)的内壁。
锌空气电池为圆柱形或方形。
所述的空气电极(2)与电池外壳(1)紧密接触，由于空气电极(2)的波浪结构，使得空气电极与电池壳体之间的空隙形成空气流道(10)，电池外壳(1)上分布着空气进气孔(7)，空气进气孔(7)与空气流道(10)相对应，空气在空气电极(2)与电池外壳(1)之间的空气流道(10)中扩散，进而均匀分布，并在空气电极(2)上反应。空气电极(2)与电池外壳(1)紧密接触的部分起到导电的作用。
防水透气层(23)起到了防止电解液渗透，集流网(22)外还有一层防水透气层(23)可以进一步防止电解液渗透。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点在于，采用波浪状结构的空气电极，增大了催化反应面积，方便大电流放电。空气流道(10)的等距分布导致空气的均匀分布，提高电池反应的稳定性。二氧化碳吸收层(12)吸收空气中的CO2，以避免电解液的碳酸化。
【附图说明】
图1为CN2303390Y中公开的锌空气电池的结构示意图。
图2圆柱形锌空气电池的俯视剖面图。
图3方形锌空气电池的第一种纵向剖面图。
图4圆柱形锌空气电池第二种纵向剖面结构示意图。
图5方形锌空气电池顺时针旋转90℃后的第二种纵向剖面图。
图6空气电极的一种结构示意图。
图7实施例1与对比例1的电压与时间的放电曲线
如图中所示，1-电池外壳，2-空气电极，3-隔膜；4-锌膏/锌电极；5-负极盖帽；6-密封圈；7-空气进气孔；8-金属弹片；9-正极帽盖；10-空气流道；11-极耳；12-二氧化碳吸收层；21-催化层；22-集流网；23-防水透气层。
【具体实施方式】
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
一种锌空气电池，包括一空气电极(2)，一电池壳体(1)，空气电极(2)具有与电池壳体(1)内壁相接触的突出部分，空气电极与电池壳体之间的空隙形成空气流道(10)。
更为优选的方案为，空气电极(2)具有两个以上的突出部分。优选地，空气电极(2)与电池壳体(1)内壁之间的空气流道(10)为等距离分布。
空气电极(2)由内到外依次包括催化层(21)、集流网(22)、防水透气层(23)。优选地，催化层(21)内还有一层防水透气层(23)。
锌空气电池还包括二氧化碳吸附层(12)，位于空气电极(2)外层或者电池壳体(1)的内壁。
所述的集流网(22)材料为本领域的人员常用的材料，可以为泡沫镍，钢丝网或者铜网，如镍丝编织网、镍箔冲孔拉网、铜丝编织网、铜箔冲孔拉网或镀银铜网。
所述的空气电极(2)，在制作时，将集流网制作成波浪形状，然后在一面涂上催化层(21)，另外一面涂上防水透气层(23)；然后在催化层(21)外再涂上防水透气层(23)，此过程也可以通过模压的形式完成。
催化层(21)为本领域的人员常用的催化剂，可采用聚四氟乙烯，活性炭，MnO2等混合模压成膜或者直接涂抹上去。
防水透气层(23)本领域的人员常用的防水透气材料，可采用聚四氟乙烯或者聚乙烯与乙炔黑混合后碾压成膜或者直接涂抹上去。
二氧化碳吸附层(12)主要包含二氧化碳吸收剂，以吸收空气中的二氧化碳，防止电解液的碳酸化，进而影响电池的电化学性能。所述的二氧化碳吸收剂可以为：锂硅酸盐、钠石灰、氢氧化钙、氯化钙等等二氧化碳吸收剂，可以吸收空气中的CO2，以防止电解液的碳酸化；可以采取涂覆或者层压的方式形成二氧化碳吸附层(12)。
所述催化剂为本领域的人常用的催化剂，如：二氧化锰、尖晶石型催化剂和钙钛矿型催化剂；所述的导电剂为本领域的人员常用的导电剂，如：乙炔黑、炭黑、石墨粉。所述的催化剂载体为本领域的人员常用的催化剂载体，如活性碳，炭黑。所述的胶粘剂为本领域的人员常用的胶粘剂，如PTFE、环氧树脂。所述的电解液为本领域的人员常用的，如：氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。所述保湿剂为本领域的人员常用的，可以是羟丙基甲基纤维素和/或羧甲基纤维素。所述溶剂的用量只要能够使所述锌负极材料形成膏状物即可。
实施例1
1.圆柱形锌空气电池的制备
将20重量份二氧化锰，25重量份活性炭和5重量份乙炔黑，与50重量份无水乙醇混合，在超声波中分散，然后再加入固含量为60重量％的PTFE(聚四氟乙烯)乳液，在超声波中分散均匀得到催化层浆料。
将泡沫镍压成组成单元为三角形的波浪形状，将催化层料浆涂覆到泡沫镍的一侧，60℃烘干，将两个PTFE防水透气膜分别放置在泡沫镍的两侧，在热压机上150℃，2兆帕的条件热压两分钟，涂覆氢氧化钙乳液(氢氧化钙粉末和水按照质量比1∶2的比例配制)，涂层厚度在0.2-1mm，烘干，形成二氧化碳吸附层(12)，得到空气正极(2)。将空气电极卷绕成圆筒形状，放入圆柱形金属外壳中。由于空气电极是波浪形状，所以空气电极的部分表面和金属外壳相接触，同时形成多个平行的空气流道(10)。
在钢壳上冲出若干空气进气孔(7)，空气进气孔(7)在空气流道(10)上方。
将70重量份锌粉，5重量份羟丙基甲基纤维素与25重量份固含量为60重量％的PTFE乳液，并以3g/Ah的量注入浓度为8摩尔/升的氢氧化钾溶液混合均匀制备得到正极材料锌膏，并填入空气电极(2)形成的空间中，由集流的金属丝或者极耳引出电池的负极。
将电池密封，制得圆柱形锌空气电池。
实施例2
2.方形锌空气电池的制备
将50重量份活性炭、30重量份二氧化锰和20重量份的浓度为60％的聚四氟乙烯溶液混合均匀，在辊压机上压制成薄膜，制成空气电极的催化层(21)。
泡沫镍压成组成单元为矩形的波浪形状，将催化层覆到泡沫镍的一侧，将PTFE防水透气膜放置在泡沫镍的另一侧，在热压机上150℃，2兆帕的条件热压两分钟，涂覆钠石灰乳液(钠石灰粉末与水溶液按质量比1∶1的比例配制)，涂层厚度为0.2-1mm，烘干，形成二氧化碳吸附层(12)，得到空气正极(2)。
将70重量份锌粉，5重量份羧甲基纤维素与25重量份固含量为60重量％的PTFE乳液，并以3g/Ah的量注入浓度为8摩尔/升的氢氧化钾溶液混合均匀制备得到正极材料锌膏，将锌膏填入矩形钢壳中。
将空气电极与锌膏密封在钢壳中，在钢壳上冲出若干空气进气孔(7)，空气进气孔(7)在空气流道(10)上。
将电池密封，制得方形锌空气电池。
对比例1
1、现有圆柱形锌空气电池的制备
将20重量份二氧化锰，25重量份活性炭和5重量份乙炔黑，与50重量份无水乙醇混合，在超声波中分散，然后再加入固含量为60重量％的PTFE(聚四氟乙烯)乳液，在超声波中分散均匀得到催化层浆料。
将催化层料浆涂覆到泡沫镍的一侧，60℃烘干，将PTFE防水透气膜放置在泡沫镍的另一侧，在热压机上150℃，2兆帕的条件热压两分钟，得到空气正极(2)。将空气电极卷绕成圆筒形状，紧贴电池外壳，构成通路，电池外壳作为电池的正极。
在钢壳上冲出若干空气进气孔(7)。
将70重量份锌粉，5重量份羟丙基甲基纤维素与25重量份固含量为60重量％的PTFE乳液，并以3g/Ah的量注入浓度为8摩尔/升的氢氧化钾溶液混合均匀制备得到正极材料锌膏，并填入空气电极(2)形成的空间中，由集流的金属丝或者极耳引出电池的负极。
将电池密封，制得圆柱形锌空气电池。
将对比例1制备的圆柱形锌空气电池与制备的锌空气电池在电池测试仪上以大电流500mA放电，结果比较如图7所示，其中，曲线1为实施例1制备的锌空气电池的放电曲线，曲线2为对比例1制备的圆柱形锌空气电池的放电曲线。可以看到，本发明的锌空气电池的大电流放电曲线更加平稳，电池内阻在放电过程中没有因为电解液的碳酸化而增大。
Claims (10)
1、一种锌空气电池，包括一空气电极(2)，一电池壳体(1)，其特征在于：所述空气电极(2)具有与电池壳体(1)内壁相接触的突出部分，空气电极与电池壳体之间的空隙形成空气流道(10)。
2、根据权利要求1所述的锌空气电池，其特征在于：所述空气电极(2)具有两个以上的突出部分。
3、根据权利要求2所述的锌空气电池，其特征在于：空气电极(2)与电池壳体(1)内壁之间的空气流道(10)为等距离分布。
4、根据权利要求1所述的锌空气电池，其特征在于：空气电极(2)与电池壳体(1)内壁之间的接触面积为电池壳体(1)面积的5％-50％。
5、根据权利要求1所述的锌空气电池，其特征在于：空气电极的形状为对称的几何形。
6、根据权利要求1所述的锌空气电池，其特征在于：空气电极(2)为多个单元组成的波浪形，其中，单元波浪的截面为矩形，梯形，半圆形，椭圆形中的一种或者几种。
7、根据权利要求1所述的锌空气电池，其特征在于：空气电极(2)由内到外依次包括催化层(21)、集流网(22)、防水透气层(23)。
8、根据权利要求1所述的锌空气电池，其特征在于：空气电极(2)由内到外依次包括防水透气层(23)、催化层(21)、集流网(22)、防水透气层(23)。
9、根据权利要求1所述的锌空气电池，其特征在于：锌空气电池还包括二氧化碳吸附层(12)，位于空气电极(2)外部或者电池壳体(1)的内壁。
10、根据权利要求1所述的锌空气电池，其特征在于：锌空气电池为圆柱形或方形。
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